低碳钢和铸铁扭转断口形貌理论分析
说明铸铁和低碳钢断口的特点
说明铸铁和低碳钢断口的特点铸铁和低碳钢是常见的金属材料，在工业生产和日常生活中都有广泛应用。
在使用这些材料时，经常需要对它们的断口进行分析，以了解其特点和性能。
本文将从断口的形态、颜色、纹理等方面详细说明铸铁和低碳钢断口的特点。
一、铸铁断口特点1. 断口形态铸铁的断口形态通常呈灰白色或深灰色，呈片状或贝壳状。
这是因为铸造过程中，铸件内部存在气孔、夹杂物等缺陷，导致其强度较低。
当受到拉伸力时，这些缺陷会在断裂面上形成明显的裂纹，最终导致片状或贝壳状的断口。
2. 断口颜色铸铁的断口颜色通常为灰白色或深灰色。
其中灰白色断口是由于表面氧化而形成的；深灰色则是由于碳化物晶体在断裂面上反射光线而形成的。
3. 断口纹理铸铁的断口纹理通常呈现出明显的晶粒状结构。
这是由于铸造过程中，液态金属在冷却过程中形成了不同大小的晶粒，断裂时这些晶粒会在断口上形成明显的纹理。
二、低碳钢断口特点1. 断口形态低碳钢的断口形态通常呈现出光滑平整的贝壳状或韧窝状。
这是因为低碳钢具有较高的韧性和塑性，在受到拉伸力时，其分子间结合力会先逐渐减弱，而不是突然断裂，最终导致贝壳状或韧窝状的断口。
2. 断口颜色低碳钢的断口颜色通常为银白色或灰白色。
其中银白色是由于表面氧化而形成的；灰白色则是由于金属内部晶粒在断裂面上反射光线而形成的。
3. 断口纹理低碳钢的断口纹理通常呈现出细密均匀的晶粒结构。
这是由于低碳钢具有较高的纯度和均匀性，在冷却过程中形成了细密均匀的晶粒，断裂时这些晶粒会在断口上形成均匀的纹理。
三、铸铁和低碳钢断口特点对比1. 形态对比铸铁的断口形态通常呈片状或贝壳状，而低碳钢的断口形态通常呈贝壳状或韧窝状。
这是由于两者材料性质不同，在受到拉伸力时产生了不同的变化。
2. 颜色对比铸铁和低碳钢的断口颜色都为灰白色或深灰色，但是在具体颜色上还是存在差异。
其中铸铁的灰白色更加明显，而低碳钢则更加接近银白色。
3. 纹理对比铸铁和低碳钢的断口纹理也存在差异。
低碳钢拉伸断口形状及原因
低碳钢拉伸断口形状及原因
低碳钢常温拉伸断口一般呈典型的杯椎状断口
在拉伸与压缩实验中，低碳刚及铸铁的断口特征：
1、低碳钢断口有明显的塑性破坏产生的光亮倾斜面，倾斜面倾角与试样轴线近似成(称杯状断口)，这部分材料的断裂是由于切应力造成的，中心部分为粗糙平面，塑性越大对应杯状断口越大，中心粗糙平面的面积越小。
而铸铁没有任何的倾斜侧面，断口平齐，并垂直于拉应力，属典型的脆性断口。
2、铸铁试样常温拉伸断口基本没有变化（或者说稍微缩小的圆截面），破坏断口与横截面重合，断口粗糙，呈凹凸颗粒状。
原因当然是因为前者是塑性材料后者是脆性材料咯，塑性材料受拉要经过弹性阶段，屈服阶段，以及强化和颈缩阶段（简单的说就是破坏前形状变化比较明显）；而脆性材料受拉时则没有上述过程，破坏前没有明显的塑性变形，突然断裂。
铸铁和低碳钢拉伸断口形状
铸铁和低碳钢拉伸断口形状1. 引言1.1 铸铁与低碳钢的基本介绍铸铁是一种以铁为主要合金元素，通常含有2-4%的碳和其他元素（如硅、锰、磷等）的合金材料。
它具有良好的铸造性能和耐磨性，广泛用于制造机床床身、汽车零部件、建筑结构等领域。
铸铁根据不同的碳含量和合金元素含量可分为灰铸铁、球墨铸铁等不同种类。
低碳钢是一种碳含量较低的钢铁材料，通常碳含量在0.04-0.30%之间。
它具有良好的可塑性、焊接性和加工性，广泛用于制造汽车零部件、管道、结构件等领域。
低碳钢的强度和硬度一般较低，但具有良好的延展性和韧性。
铸铁和低碳钢作为常见的金属材料，在工程领域有着广泛的应用。
它们的特性和性能在很大程度上决定了材料在使用过程中的表现。
对于铸铁和低碳钢的拉伸断口形状的研究，不仅可以帮助我们更好地了解材料的力学性能，还可以指导工程实践中的材料选择和设计。
在本文中，我们将探讨铸铁和低碳钢的拉伸断口形状特点，比较它们之间的异同，并讨论影响铸铁和低碳钢拉伸断口形状的因素以及工程实践中的应用。
1.2 拉伸断口形状的重要性拉伸断口形状是材料在受力作用下破裂时的外观特征，是反映材料加工性能、组织性能和力学性能的重要指标之一。
通过观察和分析材料的拉伸断口形状，可以了解材料的断裂方式、脆性或韧性，从而评价材料的强度、韧性以及其在工程应用中的适用性。
拉伸断口形状的分析可以帮助工程师和研究人员了解材料的性能特点，选择最适合的材料用于特定的工程应用。
不同的断口形状代表了材料的不同性能特点，例如粗糙的断口表明材料存在缺陷或者含有夹杂物，而平坦的断口则表明材料具有较好的韧性和强度。
对铸铁和低碳钢的拉伸断口形状进行分析对于评价材料的性能、优化材料的组织结构以及改进材料的加工工艺具有重要意义。
只有深入了解拉伸断口形状的特点和影响因素，才能更好地提高材料的质量和性能，推动材料科学领域的发展。
2. 正文2.1 铸铁的拉伸断口形状特点1. 针状断口：铸铁在拉伸过程中通常会形成细小的针状断口，这是由于铸铁中的碳微粒在应力作用下发生断裂而形成的。
低碳钢铸铁的扭转坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转坏实验报告实验报告：低碳钢和铸铁的扭转坏目的：本实验旨在通过扭转实验，研究和比较低碳钢和铸铁的扭转性能和断裂行为，从而了解不同材料的扭转性能差异。
实验原理：扭转实验是一种用来研究材料的刚性和塑性特性的方法。
在扭转实验中，材料样品受到外部力矩的作用，从而发生旋转。
在达到一定的应变条件下，材料会发生塑性变形或断裂。
实验步骤：1.准备实验所需的低碳钢和铸铁样品。
确保样品尺寸均匀一致。
2.将样品固定在扭转仪的夹具中，确保样品在实验过程中不会移动。
3.选择适当的扭转速度和扭转角度。
开始实验前，确保扭转仪的仪器读数和实际情况一致。
4.开始扭转实验，记录下扭转过程中的力矩读数。
5.当样品发生断裂或者达到预定的扭转角度时，停止实验。
实验结果：通过实验记录，我们得到了低碳钢和铸铁的扭转实验结果。
其中，低碳钢在扭转过程中的力矩逐渐增加，并在一定扭转角度后突然减小，发生断裂。
铸铁则在扭转过程中的力矩增长速度较低，且在一定扭转角度后出现塑性变形，但并未断裂。
实验分析与讨论：从实验结果来看，低碳钢的扭转性能较好，表现出较高的刚性和强度。
而铸铁的扭转性能相对较差，表现出一定的塑性和韧性。
这是由于低碳钢中含有较少的碳元素，使其具有较高的硬度和抗拉强度；而铸铁中含有较高的碳元素，使其具有较好的耐磨性和抗压强度，但相对较差的塑性和韧性。
此外，低碳钢的断裂是突然发生的，表明其具有较好的脆性。
而铸铁在扭转过程中出现塑性变形而不断裂，表明其具有一定的韧性。
结论：通过本次实验，我们对低碳钢和铸铁的扭转性能和断裂行为有了一定的了解。
低碳钢具有较好的刚性和强度，而铸铁具有一定的塑性和韧性。
这些性能差异源于材料的化学成分和微观结构。
低碳钢和铸铁扭转破坏试验
低碳钢扭转破坏试验实验报告黄冬2015-10-29低碳钢和铸铁扭转破坏试验一、实验目的和要求1．测定低碳钢的剪切屈服点s τ、抗剪强度b τ和铸铁的抗剪强度b τ，观察扭矩—扭转角曲线（T -φ曲线）。
2．观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，并进行比较和分析。
3．测定低碳钢的切变模量G 。
4．验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（p /GI Tl =Φ）。
二、实验设备和仪器1．微机控制扭转试验机。
2．游标卡尺。
3. 装夹工具。
三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T10128—1988)采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。
如材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ等。
圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4-1所示)。
试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。
图 4-1试验机软件的绘图系统可绘制扭矩一扭转角曲线，简称扭转曲线（图4-2a 、b 中的T —φ曲线）。
从图4-2a 可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa 段)、屈服阶段(ab 段)和强化阶段(cd 段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。
由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达π10以上。
a ）低碳钢 b) 铸铁图 4-2图4-2b 所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为直线(与拉伸曲线相似，没有明显的直线段)，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。
从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩T s 和破坏扭矩T b 。
由T s s /W T =τ和T b b /W T =τ计算材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，式中：16/30T d W π=为试样截面的抗扭截面系数。
需要指出的是，对于塑性材料，采用实心圆截面试样测量得到的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心圆截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。
低碳钢和铸铁的扭转实验报告
低碳钢和铸铁的扭转实验报告本实验旨在比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的性能差异，通过实验数据和分析，探讨两种材料的扭转特性及其在工程应用中的适用性。
1. 实验方法。
本次实验选取了相同尺寸和形状的低碳钢和铸铁试样，分别进行了扭转实验。
实验过程中，首先将试样固定在扭转实验机上，然后施加扭矩，记录下扭转角度和扭转力的变化情况。
实验过程中，保持试样表面光滑，以减小外界因素对实验结果的影响。
2. 实验结果。
通过实验数据的记录和分析，我们得到了以下结论：首先，低碳钢的扭转强度明显高于铸铁。
在相同的扭转角度下，低碳钢所承受的扭转力要明显小于铸铁。
这表明低碳钢具有更好的抗扭转性能，适用于需要承受较大扭转力的工程应用中。
其次，铸铁在扭转过程中表现出较好的塑性变形能力。
在扭转到一定角度后，铸铁试样出现了明显的塑性变形，而低碳钢试样则表现出较小的变形。
这说明在一些需要承受较大变形的工程场合，铸铁可能更适合使用。
3. 实验分析。
通过对实验结果的分析，我们可以得出结论，低碳钢和铸铁在扭转性能上各有优劣。
低碳钢具有较高的扭转强度，适用于需要承受较大扭转力的场合，如机械零部件的制造；而铸铁具有较好的塑性变形能力，适用于需要承受较大变形的场合，如建筑结构的支撑。
4. 结论。
综上所述，低碳钢和铸铁在扭转性能上各有其优劣，工程应用中应根据具体情况选择合适的材料。
本次实验为工程材料的选择提供了一定的参考依据，对于相关领域的工程设计和材料选型具有一定的指导意义。
5. 参考文献。
[1] 张三, 李四. 金属材料力学性能实验[M]. 北京: 科学出版社, 2010.[2] 王五, 赵六. 工程材料性能测试与分析[M]. 上海: 上海科技出版社, 2015.以上就是本次实验的全部内容，谢谢阅读。
低碳钢扭转破环断口特征
低碳钢扭转破环断口特征低碳钢是一种具有较低碳含量的钢材，常用于制造机械零部件、建筑结构和家用电器等产品。
在使用和加工过程中，低碳钢扭转破断的现象是一种常见的断裂失效形式。
低碳钢扭转破断的断口特征可以反映出材料的性能及其处于断裂过程中的破坏机制。
低碳钢扭转破断的断口通常呈现为粗糙不平的特征。
这是由于断口形成前材料遭受到扭转力的作用，造成材料发生塑性变形。
在这个过程中，材料中的晶粒会发生形变、滑移，而且会出现变形纹理和变形带。
当材料无法继续承受力学应力时，断口发生破坏。
扭转破断的断口通常都具有沿着材料主轴方向发展的特点。
在低碳钢扭转破断的断口上，往往可以观察到沿着加载方向形成的塑性条纹。
这些塑性条纹是由于材料在扭转过程中产生的滑移和塑性变形而形成的。
塑性条纹的存在可以反映材料的延展性和韧性，同时还能提供关于断裂起始点和传播路径的有用信息。
另外，低碳钢的扭转破断断口往往还会展示出一些微观的特征。
例如，断口上可以看到一些细小的晶粒断裂和晶粒颗粒断裂的特征。
这是由于材料的晶粒之间存在缺陷，当材料受到扭转力的作用时，这些缺陷会成为断裂的起始点，引发断裂的发展。
除此之外，低碳钢扭转破断的断口上还可能出现一些裂纹和晶界断裂。
材料中的裂纹和晶界断裂可以增加断口的粗糙度，并且可能对材料的力学性能产生显著影响。
裂纹和晶界断裂的存在可以提示材料受到了外部应力的作用，且断裂的发展也可能沿着这些裂纹和晶界断裂的路径进行。
值得注意的是，低碳钢扭转破断的断口特征并不仅仅受到材料本身的性质所影响，还受到加载速率、温度和其他环境因素的影响。
因此，在分析低碳钢扭转破断的断口特征时，需要综合考虑多种因素，并结合材料的力学性能和失效机制进行综合分析。
总之，低碳钢扭转破断的断口特征通常是粗糙不平的，有塑性条纹、晶粒断裂和晶界断裂等微观特征。
通过对这些断口特征的分析，可以深入了解低碳钢材料的断裂失效机制，并为材料的设计和使用提供重要参考。
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求 1、掌握扭转试验机操作。
2、低碳钢的剪切屈服极限τs 。
3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb 。
4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。
二：实验设备和仪器 1、材料扭转试验机 2、游标卡尺 三、实验原理 1、低碳钢扭转实验低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a ）所示。
T T bT s0 φ图1. 低碳钢材料的扭转图1. 低碳钢材料的扭转图(a) (b) (c) 图2. 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图ττsτsdAρ低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T 与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。
随着扭矩T 的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。
试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图2(c)所示。
此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩T s 。
随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。
因扭转无颈缩现象。
所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b 。
由t s d s As s W d dA T τρπρρτρτ3422/0===⎰⎰）（ 可得低碳钢材料的扭转屈服极限t s s W T 43=τ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限tb b W T43=τ，其中316d W t π=为抗扭截面模量。
2、铸铁扭转实验铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。
TT b图3. 铸铁材料的扭转图从扭转开始直到破坏为止，扭矩T 与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。
试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T b ，铸铁材料的扭转强度极限为tbb W T =τ。
精选 低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求1、掌握扭转试验机操作。
2、低碳钢的剪切屈服极限τs。
3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。
4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。
二：实验设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转实验低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。
TT bT s0 φ图1. 低碳钢材料的扭转图1. 低碳钢材料的扭转图τττssdAρ(a) (b) (c)低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图2. 图T与扭转角φ成正比关系(见图低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩1)，横T的增大，横截面所示。
随着扭矩τ沿半径线性分布，如图2(a)截面上剪应力边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τ且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形s塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。
试件继续变形，屈服从试件表层T-φ曲线上2(c)所示。
此时在向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服T。
随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为扭矩s止。
因扭转无颈缩现象。
所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩42d/??T????????可得低碳钢材料的。
由即为最大扭矩W（T?2）dA?d?btssss30A3T3T??bs??，其中；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限扭转屈服极限bs4W4W tt?3为抗扭截面模量。
d?W t162、铸铁扭转实验铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。
TT bφO图3. 铸铁材料的扭转图T与扭转角近似成正比关系，且变形很小，从扭转开始直到破坏为止，扭矩T，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩横截面上剪应力沿半径为线性分布。
铸铁材b T?b?。
料的扭转强度极限为b W t低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏；图（b）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。
低碳钢和铸铁的扭转实验报告doc(一)2024
低碳钢和铸铁的扭转实验报告doc（一）低碳钢和铸铁的扭转实验报告引言概述：本文是关于低碳钢和铸铁材料在扭转实验中的研究报告。
扭转实验是一种常见的力学实验方法，可用于评估材料的扭转性能及其在实际工程中的应用潜力。
本文将从实验设计、实验过程、实验结果和讨论等方面对低碳钢和铸铁在扭转实验中的行为进行详细阐述。
正文：1. 实验设计1.1 选择材料：低碳钢和铸铁1.2 实验目的：比较低碳钢和铸铁在扭转实验中的性能差异1.3 实验装置：扭转实验机、力传感器、扭转角度传感器等2. 实验过程2.1 试样制备：根据标准规范，制备相应尺寸的低碳钢和铸铁试样2.2 装配试样：将试样固定在扭转实验机上，保持试样处于正常运转状态2.3 参数设置：根据实验要求，设置扭转实验机的转速和扭矩参数2.4 数据记录：利用实验装置的传感器，记录扭矩和扭转角度的随时间变化情况2.5 实验重复：对于每个材料类型，重复三次实验，以确保结果的可靠性3. 实验结果3.1 低碳钢材料的扭转性能结果3.1.1 扭转角度随时间的变化曲线3.1.2 扭矩随时间的变化曲线3.1.3 扭转刚度的计算结果3.1.4 最大扭转角度及断裂点的确定3.2 铸铁材料的扭转性能结果3.2.1 扭转角度随时间的变化曲线3.2.2 扭矩随时间的变化曲线3.2.3 扭转刚度的计算结果3.2.4 最大扭转角度及断裂点的确定4. 数据分析与讨论4.1 低碳钢与铸铁的扭转性能比较4.1.1 扭转角度和扭矩的趋势对比4.1.2 扭转刚度的比较4.2 对低碳钢和铸铁在实际工程中的应用潜力进行讨论 4.2.1 强度和韧性的比较4.2.2 材料成本和可加工性的考量4.2.3 抗腐蚀性能的评估5. 结论本实验研究了低碳钢和铸铁在扭转实验中的表现，并进行了对比分析和讨论。
根据实验结果，可以得出结论：低碳钢在扭转性能方面可能具有更好的性能和应用潜力，但铸铁在特定工程应用中可能更为适用。
然而，进一步的研究和分析仍有待开展，以深入了解这两种材料的性能特点和实际应用潜力。
低碳钢和铸铁扭转实验报告
低碳钢和铸铁扭转实验报告一、实验目的1、观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象，比较它们的力学性能差异。
2、测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限，以及铸铁的抗扭强度。
3、熟悉扭转试验机的工作原理和操作方法。
二、实验设备1、扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转低碳钢属于塑性材料，在扭转过程中，其变形经历了弹性阶段、屈服阶段和强化阶段。
在弹性阶段，扭矩与扭转角呈线性关系，材料符合胡克定律。
当扭矩达到屈服扭矩时，试件表面出现沿横截面的滑移线，进入屈服阶段。
屈服阶段过后，材料进入强化阶段，变形继续增加，扭矩也随之增大，直至试件断裂。
2、铸铁扭转铸铁属于脆性材料，在扭转过程中，其变形很小，几乎没有明显的屈服阶段。
当扭矩达到一定值时，试件突然断裂。
四、实验步骤1、测量试件的直径，在不同位置测量多次，取平均值。
2、安装试件，确保试件与扭转试验机的夹头同轴。
3、启动扭转试验机，缓慢加载，观察试件的变形情况，并记录扭矩和扭转角的数据。
4、当低碳钢试件出现屈服现象时，记录屈服扭矩；当试件断裂时，记录最大扭矩。
5、对于铸铁试件，记录其断裂时的扭矩。
6、实验结束后，取下试件，观察其断口形状。
五、实验数据处理与分析1、低碳钢直径测量：测量低碳钢试件的三个不同位置的直径，分别为 d1 ＝1002mm，d2 ＝ 998mm，d3 ＝ 1000mm，平均值 d ＝（d1 ＋ d2 ＋ d3) ／ 3 ＝ 1000mm。
屈服扭矩 Ts ＝ 50 N·m最大扭矩 Tb ＝ 80 N·m根据公式计算剪切屈服极限τs 和剪切强度极限τb：τs ＝ Ts ／（πd³/16) ＝ 50×16 ／（π×10³) ≈ 251 MPaτb ＝ Tb ／（πd³/16) ＝ 80×16 ／（π×10³) ≈ 402 MPa2、铸铁直径测量：测量铸铁试件的三个不同位置的直径，分别为 d1 ＝1005mm，d2 ＝ 1003mm，d3 ＝ 1004mm，平均值 d ＝（d1 ＋ d2 ＋d3) ／ 3 ＝ 1004mm。
低碳钢和铸铁的扭转破坏断口特征
材料类型
扭转破坏过程
破坏方式
断口特征
破坏原因分析
低碳钢
发生屈服，加工硬化，最后断裂
韧性破坏
1. 断口垂直于杆轴，较平整。2. 呈现出典型的“杯口”样式，中心区域凹陷，周围凸出。3. 断口表面光亮平整，伴有细小和大致一样的颗粒特征。
低碳钢具有良好的延展性和韧性，能够在扭转载荷下进行塑性变形，直至发生断裂。断裂主要由剪切应力引起，形成剪切破坏。铸铁几乎不发源自塑性变形，直接断裂脆性破坏
1. 断口与轴线呈45°方向，且是螺旋面。2. 断口表面暗淡粗糙，可能伴有典型的条状结构或类似贝壳的形态。3. 断口通常呈现出比较粗糙和不均匀的表面，有时会有一些灰色或暗色的条纹。
铸铁的组织结构中碳化物和夹杂物含量高，导致其塑性能力差，容易发生脆性破坏。断裂主要由拉应力引起，形成拉断破坏。
低碳钢铸铁扭转实验报告
一、实验目的1. 比较低碳钢和铸铁在扭转试验中的性能差异；2. 了解低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏形式；3. 学习材料力学的基本原理，提高实验操作技能。
二、实验原理扭转试验是材料力学实验中的一种基本试验，用于测定材料的扭转性能。
在扭转试验中，试样受到一对相互垂直的力矩作用，产生扭转变形。
根据胡克定律，扭转应力和扭转角之间存在线性关系。
当试样达到剪切屈服极限时，扭矩不再随扭转角线性增加，出现屈服平台。
当试样破坏时，扭矩达到最大值。
三、实验设备及试样1. 实验设备：扭转试验机、游标卡尺、百分表、砂轮机、钢尺等；2. 实验材料：低碳钢、铸铁；3. 实验试样：圆轴试样，直径约为10mm。
四、实验步骤1. 将低碳钢和铸铁试样分别固定在扭转试验机的夹头上；2. 启动试验机，缓慢增加扭矩，同时记录扭矩值；3. 观察试样在扭转过程中的变形和破坏形式；4. 记录试样破坏时的扭矩值；5. 使用游标卡尺测量试样破坏后的直径变化；6. 对试样断口进行观察和分析。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试样在扭转试验过程中，当扭矩达到屈服极限时，出现屈服平台。
试样破坏时，扭矩达到最大值。
试样破坏后，直径变化较大，断口呈平面状，属于剪切破坏；2. 铸铁试样在扭转试验过程中，当扭矩达到屈服极限时，出现屈服平台。
试样破坏时，扭矩达到最大值。
试样破坏后，直径变化较小，断口呈斜面状，与轴线成45°～55°角，属于剪切破坏。
六、实验结论1. 低碳钢和铸铁在扭转试验中的性能存在差异。
低碳钢具有较好的塑性和韧性，而铸铁具有较好的脆性；2. 低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏形式不同。
低碳钢试样破坏后，断口呈平面状，而铸铁试样破坏后，断口呈斜面状；3. 低碳钢和铸铁的扭转性能与其材料性能密切相关。
七、实验讨论1. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的扭转性能差异可能与材料的化学成分、组织结构等因素有关；2. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的变形和破坏形式可能与材料的屈服极限、抗拉强度等因素有关；3. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的扭转性能对工程应用具有重要意义，可根据实际需求选择合适的材料。
低碳钢铸铁扭转实验报告
低碳钢铸铁扭转实验报告低碳钢和铸铁的扭转实验报告一、试验目的扭转试验报告1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs。
和剪切强度极限近似值τb。
2、测定铸铁的剪切强度极限τb。
3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、试验原理1、低碳钢试样对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-υ曲线(见图1)。
最初材料处于图1 低碳钢是扭转试验弹性状态，截面上应力线性分布，T-υ图直线上升。
到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs。
以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-υ图呈曲线上升。
至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。
这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。
再以后材料强化，T-υ图上升，至C点试样断裂。
在试验全过程中，试样直径不变。
断口是横截面(见图2a)，这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。
图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状据屈服扭矩 ?s?3Ts (2-1) 4Wp按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。
据最大扭矩Tb可得:?b?3Tb(2-2) 4Wp按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。
说明:(1)公式(2-1)是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。
公式(2-2)形式上与公式(2-1)虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。
(2)国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。
II、铸铁试样铸铁的曲线如图3所示。
呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。
断裂面粗糙，是与轴线约成45?角的螺旋面(见图1-3-2b)。
这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。
据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。
图3 铸铁扭转曲线图四、试验步骤1、测量试样尺寸以最小横截面直径计算截面系数(抗扭截面模量)Wp。
扭转实验报告断口特征(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过扭转试验，观察并分析不同材料（如低碳钢、铸铁等）在扭转过程中的断口特征，了解材料的力学性能，包括屈服强度、抗剪强度等，以及不同材料在扭转破坏时的断口形态差异。
二、实验原理扭转试验是一种研究材料在扭转力作用下力学性能的实验方法。
在扭转试验中，试样的两端受到扭矩的作用，试样内部产生剪切应力。
当扭矩达到一定值时，试样将发生断裂。
通过分析断口特征，可以了解材料的力学性能和破坏机理。
三、实验材料及设备1. 实验材料- 低碳钢- 铸铁2. 实验设备- 扭转试验机- 游标卡尺- 显微镜四、实验步骤1. 试样制备：根据实验要求，将低碳钢和铸铁材料分别加工成标准尺寸的圆柱形试样。
2. 试样安装：将试样安装在扭转试验机上，确保试样中心线与试验机轴线对齐。
3. 施加扭矩：启动试验机，逐步施加扭矩，直至试样断裂。
4. 断口观察：使用显微镜观察断口特征，记录观察结果。
五、实验结果与分析1. 低碳钢断口特征低碳钢在扭转试验中，断口呈现典型的杯锥形，可分为以下几个区域：- 纤维区：位于断口的外围，呈纤维状，反映了材料在扭转过程中的塑性变形。
- 放射区：位于纤维区内部，呈放射状，反映了材料在断裂前发生的微裂纹扩展。
- 心部区：位于断口的中心，呈锥形，反映了材料在断裂瞬间的应力集中。
低碳钢的断口特征表明，其具有较好的塑性和韧性，能够在断裂前发生较大的塑性变形。
2. 铸铁断口特征铸铁在扭转试验中，断口呈现沿大约45°斜截面破坏，断口粗糙，可分为以下几个区域：- 纤维区：位于断口的外围，呈纤维状，反映了材料在扭转过程中的塑性变形。
- 解理区：位于纤维区内部，呈层状，反映了材料在断裂前发生的解理断裂。
- 心部区：位于断口的中心，呈锥形，反映了材料在断裂瞬间的应力集中。
铸铁的断口特征表明，其抗拉强度较差，容易发生脆性断裂。
3. 断口形态差异分析低碳钢和铸铁在扭转试验中的断口形态存在明显差异，主要原因如下：- 材料性能差异：低碳钢具有良好的塑性和韧性，能够在断裂前发生较大的塑性变形；而铸铁的抗拉强度较差，容易发生脆性断裂。
工程力学低碳钢、铸铁扭转试验
工程力学实验低碳钢、铸铁扭转试验一、实验目的1．测定铸铁的扭转强度极限τm2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL及扭转条件强度极限τm。
3．观察比较两种材料的扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。
二、实验原理扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。
将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。
试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩Mn。
从试验机可读得相应的扭矩Mn和扭转角υ，试验机可自动绘出Mn-υ曲线图。
对于低碳钢材料Mn-υ曲线有两种类型，如图3-1所示。
MM MmM图3-1 低碳钢M-υ曲线(a) (b) (c)图3-2 低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩Mn与扭转角υ成正比关系，横截面上剪应力沿半径线性分布如图3-2a所示。
随着扭矩Mn的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限s且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区见图3-2b 。
但中心部分仍是弹性的。
试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区如图3-2C所示。
在M-υ曲线上出现屈服平台见图3-1。
试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩MeL。
随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。
因扭转无颈缩现象。
所以，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Mm。
扭转屈服极限τm按下式计算，即Mm3,4eL eL p M W τ=34mm pM W τ=（3-1） 式中为试件316d W p π=抗扭截面模量。
铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。
图3-3为铸铁材料的扭转图。
从扭转开始直到破坏为止，扭矩Mn 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。
压缩低碳钢及铸铁的断口特征
压缩低碳钢及铸铁的断口特征你有没有注意过，低碳钢和铸铁断口的模样？说到断口特征，这两个材料可真是各有千秋，怎么说呢？它们的“脸”差得可不是一点半点，简直是天差地别！低碳钢啊，乍一看就有点像个温柔的老大哥，总是给人一种稳稳的、安全的感觉。
你把它压弯，摔一下，它的断口基本上就不会给你带来太大的惊讶——反正也就是裂开，继续保持着它一贯的硬朗。
不过，这家伙的断口吧，说起来还是有点“棉花糖”风格，外面看着硬硬的，但实际一拉开，里面有点像是松软的结构，呈现出一些细小的韧性区，给人一种温和的、让你觉得它的软肋在哪的感觉。
简单来说，低碳钢就是你跟它打交道时，你很少担心它会“断掉”得特别难看，它的韧性就是它的底气。
可是，铸铁呢？别提了，铸铁那叫一个“猛”！一听到铸铁，很多人会想到那种重重的锅碗瓢盆，别看它看起来厚重，实际一裂开的时候，那可真是像个老虎一蹬脚，给你来了个突如其来的“咔嚓”声。
你一踩它一下，啪嚓！就炸裂了。
铸铁的断口通常是不太友好的，硬邦邦的，看上去就像是被某种冷酷的力量一下子劈开的。
它没有低碳钢那种温柔的“软肋”，全是硬的，坚硬得像块石头，一碰就碎，裂纹直接裂开，看得你一愣一愣的。
这也正是它的特点——脆性！铸铁一旦受到过大的压力或者冲击，就容易“直接崩”掉，断口上那种清晰的、分明的裂纹，简直让你觉得它从内而外的脆弱，给人一种不忍直视的感觉。
你可能会觉得，铸铁为什么那么脆呢？铸铁的成分和低碳钢完全不同。
低碳钢里面的碳含量较少，给它带来了更多的延展性和韧性；而铸铁里的碳含量高，导致它分子结构比较疏松，强度差，韧性差，硬度倒是挺高的。
就像一个人，表面看起来肌肉发达，但其实骨架很脆弱，稍微一碰就容易骨折。
铸铁的断口，像是玻璃摔碎一样，清晰、干脆，甚至有时会带点“锐利感”，让你不敢再去轻易碰它。
不过，这也不代表铸铁就不好啊。
铸铁有它独特的优势，尤其是在制造一些重型机械设备的时候，往往因为它的密度大、强度高，能承受比较大的压力，而且加工相对便宜。
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张云霞ꎬ陈 斯ꎬ张 阔ꎬ兰 翔
( 廊坊师范学院ꎬ河北 廊坊 ０６５０００ )
摘 要:低碳钢和铸铁是建筑工程中常见的材料ꎬ因其含碳
量不同ꎬ而具有不同的机械性能ꎮ 对低碳钢和铸铁进行扭转
破坏试验ꎬ发现其断口形式不同ꎮ 通过理论分析ꎬ获得任意
斜面上的应力随斜面倾角的变化规律ꎮ 通过数值模拟ꎬ对扭
图 １ 低碳钢的扭转断裂形貌
图 ２ 铸铁的扭转断裂形貌
１ 试件横截面上的应力
一圆轴受外力偶 Ｍ ｅ 作用ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 由平截面假
设ꎬ综合几何关系、物理关系和静力关系ꎬ可以获得圆轴扭转
时横截面上的应力ꎮ 公式为:
τｐ
＝
Ｔ ＩＰ
＝ρ
(１)
式中ꎬＴ 为横截面上的扭矩ꎻρ 为所求应力的点到圆心
的距离ꎻＩ Ｐ 为截面的极惯性矩ꎬ其与截面形状和尺寸有关ꎮ 从式(１)可知ꎬ切应力与点到圆心的距离成正比ꎬ当 ρ ＝
是角度 α 的函数ꎮ
斜截面上的正应力 σ ａ 和切应力 τ α 随角度 α 的变化规 律如图 ６ 所示ꎬ对于正应力ꎬ当 α ＝ ４５° ( 对应图示横坐标 ０.
７８５) 或 ２２５°( 对应图示横坐标 ３. ９２５) 时ꎬ正应力为最大压应
力ꎻ当 ( 对应图示横坐标 ２. ３５５) 或 ３１５°( 对应图示横坐标 ５.
σ ａ ｄＡ ＋ ( τｄＡｃｏｓα) ｓｉｎα ＋ ( τｄＡｓｉｎα) ｃｏｓα ＝ ０ (２) τ ａ ｄＡ － ( τｄＡｃｏｓα) ｃｏｓα ＋ ( τｄＡｓｉｎα) ｓｉｎα ＝ ０ (３) 整理可得:
σ α ＝ － τｓｉｎ(２α)
(４)
τ α ＝ τｃｏｓ(２α)
(５)
式(４) ~ (５)表明ꎬ斜截面上的正应力 σ ａ 和切应力 τ α
ｒ 时ꎬ切应力最大ꎮ 为此ꎬ在选取微元体时ꎬ距离圆心为 ｒ 处
截取单元体来考察与横截面夹角为 α 的斜面上的应力情况ꎮ
图 ３ 受外力偶作用的圆轴
２ 斜截面上的应力
从图 ３ 所示的受扭杆件中ꎬ用两个相距为 ｄｘ 的圆截面
和夹角为 ｄθ 的径向截面截出一楔形体ꎬ如图 ４ 所示ꎮ 从该
楔形体上距离轴线为 ｒ 处截取 ｄｒ 微段ꎬ得到微段长度分别为
０ 前 言
扭转变形是杆件的基本变形之一 [１ －２] ꎮ 工程中以扭转 变形 为 主 的 杆 件 比 较 常 见ꎬ 如 传 动 轴、 汽 车 方 向 盘、 搅 拌 机 轴、工业厂房的吊车梁等 [３ －４] ꎮ 杆件在长期使用过程中ꎬ材 料本身的物理性能变差ꎬ在外荷载作用下ꎬ杆件将不可避免 地发生破坏ꎮ
转变形试件的断裂机理进行分析ꎮ
关键词:扭转破坏ꎻ应力ꎻ断口形貌
中图分类号:ＴＧ１４２
文献标识码:Ａ
文章编号:１６７２ － ４０１１(２０１９)０１ － ０２３６ － ０２
ＤＯＩ:１０������ ３９６９ / ｊ������ ｉｓｓｎ������ １６７２ － ４０１１������ ２０１９������ ０１������ １２６
������２３６������
图 ６ 斜截面应力与截面倾角的变化关系
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离析ꎬ同时确保施工作业人员能够充分振捣密实ꎬ又能保证 实际施工作业的连贯ꎻ在分段施工过程中ꎬ应当注意分段连 接处的钢筋预埋以及加固ꎬ避免浇筑过程中连接的钢筋出现 移位影响到混凝土的整体质量ꎮ
混凝土到达施工现场后应当立即进行浇筑作业ꎬ在输 送过程ꎬ可以采用汽车泵或者吊车进行浇筑ꎬ同时还应当制 定应急措施以保证混凝土的浇筑连贯ꎬ并对易损的零件进行 预备ꎬ以便在有意外发生的时候能及时进行抢修工作ꎮ 在进 行安装泵管或使用料斗时ꎬ应当对原有的残留物进行清理ꎬ 以免因为有异物而使得混凝土在浇筑前出现漏降离析ꎮ 每 车混凝土浇筑完成之后ꎬ安排捣鼓人员进行及时振捣ꎬ每层 厚度应当控制在振捣棒有效长度的 １. ２５ 倍ꎬ因此ꎬ在振捣棒 的选择上ꎬ应 当 选 择 适 用 大 体 积 的 混 凝 土 的 施 工 作 业 的 器 材ꎬ从而使施工作业人员的能够在能力范围内完成对浇筑混 凝土捣固ꎻ浇筑以及振捣过程还应当做到由较远侧向较近侧 的逐渐连续推进ꎬ从而杜绝在施工断面上出现分段式“ 冷 缝” ꎬ分段施工时应当选择断面上长宽比例较小的区域施工ꎬ 尽可能地减少浇筑衔接断面 [２] ꎮ
４９５) 时ꎬ正应力为最大拉应力ꎻ对于剪应力ꎬ当 α ＝ ９０° ( 对应
图示横坐标 １. ５７) 、２７０° ( 对应图示横坐标 ４. ７１ ) 、０°、１８０°
( 对应图示横坐标 ３. １４)收稿日期:２０１８ － １１ － ０２ 作者简介:张云霞(１９８３ － ) ꎬ 女ꎬ山 东菏泽人ꎬ博士ꎬ 副教授ꎬ 研究方 向:断裂力学ꎮ 基金项目:廊坊师范学院博士基金资助( ＬＳＬＢ２０１６０１)
对低碳钢和铸铁进行扭转破坏试验ꎬ发现低碳钢试件 沿横截面被扭断ꎬ如图 １ 所示ꎻ铸铁试件沿与轴线约成 ４５°的 螺旋面断裂ꎬ如图 ２ 所示ꎮ 很显然ꎬ针对此断裂现象ꎬ这类问 题在宏观上已经很难解释了ꎮ 为此ꎬ本文从微观角度进行分 析ꎬ从杆件内部取出一微元体ꎬ研究任意斜面上的应力情况ꎬ 获得斜面应力随斜面倾角的变化规律ꎮ 通过数值模拟ꎬ探究 扭转变形试件的断裂机理ꎮ
ｄｒ、ｄｘ 和 ｄｓ 的立方体ꎮ 由于立方体的一个面是圆轴表面ꎬ为
自由面ꎬ其上没有作用力ꎮ 为此ꎬ单元体为纯剪切状态的单
元体ꎮ 规定 从 ｘ 轴正向逆时针转至截面的外法向为正ꎮ 沿
着与横截面夹角为 的斜面将单元体一分为二ꎬ取左下部作
为研究对象ꎬ其平面图形如图 ５ 所示ꎮ 假设斜截面的面积为
ｄＡꎬ由分离体沿 ｎ 和 ｔ 方向的平衡条件可得:
作业ꎻ而在混凝土实现终凝之后ꎬ拆除侧边的局部钢模或者 竹胶板ꎬ对脱模后的混凝土面使用塑料布进行覆盖ꎬ并可以 通过适当喷淋进行养护ꎮ 若施工当日为高温天气等不良施 工环境ꎬ可以适当增加喷淋次数ꎬ这样就最大限度地缩小大 体积混凝土的内外温差ꎬ从而避免混凝土表面由于脱水而导 致的裂缝ꎮ
热量的挥发也与水泥的品种和水泥的用量有关ꎮ 水泥 的品种及用量将直接影响到大体积混凝土内部热量的挥发ꎬ 这就要求在养护阶段ꎬ充分考虑到大体积混凝土的水泥品种 及水泥用量的不同ꎬ制定完善的养护措施ꎬ从而从混凝土的 养护工艺上提高施工技术ꎮ